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Sicherheitstechnik

Metallpulver – Risikomaterial bei der additiven Fertigung

| Autor/ Redakteur: Sven Sievers / M.A. Frauke Finus

Die Handhabung von Metallpulvern für die additive Fertigung ist nicht ungefährlich. Eine Reaktion mit einer anderen Substanz kann schnell zu einem explosionsfähigen Gemisch werden.

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Bunt, leicht, farbenfroh – diese Eigenschaften verbinden die meisten Menschen mit Holi-Farbfestivals. Auf den eindrucksvollen Festival-Bildern ist gut zu sehen, wie schnell und weit sich die kleinen Partikel in der Luft ausbreiten.
Bunt, leicht, farbenfroh – diese Eigenschaften verbinden die meisten Menschen mit Holi-Farbfestivals. Auf den eindrucksvollen Festival-Bildern ist gut zu sehen, wie schnell und weit sich die kleinen Partikel in der Luft ausbreiten.
(Bild: David Becker / unsplash.com)

Bei der Verarbeitung von Metallpulvern entstehen Pulverrückstände, die eine Gefährdung für Mensch und Umwelt darstellen können.

Um den Gefahren von Brand oder Explosionen vorzubeugen, empfiehlt es sich grundsätzlich die Sicherheitsdatenblätter der verwendeten Materialien zu beachten.

Eine sachgemäße Handhabung sowie die richtige Lagerung der Metallpulver ist essenziell für die Sicherheit. Beispielsweise spezielle Schränke mit Feuerwiderstandsfähigkeit können hier helfen.

Bunt, leicht, farbenfroh – diese Eigenschaften verbinden die meisten Menschen mit Holi-Farbfestivals. Was in der indischen Tradition einst als Frühlingsfest begann, ist in Europa als Musikfestival bekannt: Jede Stunde werfen die Teilnehmer Beutel mit Farbpulvern in die Luft. Das in Deutschland auf den Festivals genutzte Pulver birgt zwar keine Brandgefahr; auf den eindrucksvollen Festival-Bildern ist jedoch gut zu sehen, wie schnell und weit sich die kleinen Partikel in der Luft ausbreiten. Ähnlich können sich Metallpulver, wie sie bei der additiven Fertigung genutzt werden, durch ihre geringe Partikelgröße schnell unkontrolliert in der Luft verteilen. Der Gedanke an buntes Holi-Treiben ist dann zwar fern – doch die sekundenschnelle Verbreitung des Holi-Pulvers zeigt effektvoll, wie verheerend sich im Brandfall die Ausbreitung eines gefährlichen Stoffes auswirken würde.

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„Schon geringe Mengen aufgewirbelter Pulver und Stäube können ein gefährliches explosionsfähiges Gemisch bilden.“ Dieser Satz zitiert aus der Fachinformation „Umgang mit Metallpulvern“ von Günter Grüneberg unterstreicht, wie immens das Gefahrenpotenzial von Metallpulvern ist. Ein sachgemäßer Umgang sowie die richtige Lagerung sind daher entscheidend für die Sicherheit. Immer mehr Betriebe können auf ihre Nutzung nicht verzichten, zum Beispiel in der additiven Fertigung. Bei der Verarbeitung von Metallpulvern entstehen dabei Pulverrückstände, welche eine Gefährdung für Mensch und Umwelt darstellen können. Unkenntnis, die Gefahr der Routine und das schlichte Unterschätzen sind meist schuld an schweren Unfällen. Denn potenziell reaktive Metallpulver können sich entzünden und explodieren.

Schutz: Was ist Pflicht, was ist sinnvoll?

Alle brennbaren Pulver oder Stäube mit einer Korngröße von ≤ 500 µm haben die Fähigkeit, ein explosionsfähiges Staub-Luft-Gemisch zu bilden. Gerade in der additiven Fertigung werden Pulver in den Korngrößen von ca. 5 µm bis zu 120 µm verwendet. Untersuchungen haben ergeben, dass je kleiner Metallpulver vermahlen werden, diese in der Regel immer mehr die Eigenschaften zur Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre annehmen. Aufgrund ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften sind die Ausgangsstoffe der reaktiven Metalle für additive Fertigungsverfahren besonders zu beachten.

Zum einen ist dies die Brennbarkeit bzw. die Selbstentzündbarkeit in Verbindung mit Sauerstoff. Eine weitere Gefahr ist die Fähigkeit, mit Luft eine explosionsfähige Atmosphäre zu bilden. Auch besteht bei diesen Metallen die Gefahr, dass sich Wasserstoff in einer Zersetzungsreaktion mit Wasser oder der Luftfeuchtigkeit bildet und daraus eine gefährliche, explosionsartige Gas-Luft-Atmosphäre entsteht.

Diese zündfähigen Stäube können auch bei der Bearbeitung von Rohbauteilen, also beim Entgraten, Bürsten oder Schleifen entstehen. Bereits geringe Mengen der aufgebwirbelten Stäube oder Pulver können mit der Luft in der Umgebung ein gefährdendes explosionsfähiges Gemisch bilden. Zudem besteht das Risiko, dass abgelagerte Stäube durch solche Zündquellen leichter in Brand geraten. Gerade bei der Lagerung von Pulvern geht die meiste Gefährdung von einer Brandlast der Pulver selbst aus.

Auf der sicheren Seite sein

Um den Gefahren von Brand oder Explosionen vorzubeugen empfiehlt es sich grundsätzlich die Sicherheitsdatenblätter der verwendeten Materialien zu beachten. Metallpulver etwa sollten in dicht verschlossenen Originalbehältern geschützt vor Feuchtigkeit lagern. Weil Fertigungsverfahren mit Metallpulvern noch relativ neu sind, sind technische Regeln und Richtlinien rund um das Thema gerade erst am Entstehen. Ein Entwurf des VDI (Verein Deutscher Ingenieure) zu additiven Fertigungsverfahren (VDI 3405 Blatt 6.1:2018-06 - Entwurf) bezieht sich in seinen „Empfehlungen für die arbeitssichere Prozessgestaltung“ für Pulvermaterialien auf die TRGS 510: „Es werden Sicherheitsschränke, wie sie auch für die Lagerung von Chemikalien üblich sind, für die Einlagerung kleinerer Pulvermengen empfohlen (Vgl. TRGS 510, Abschnitt 1, Tabelle 1, 4.2(9)2., 12.1(3), Anlage 3). Weisen die Sicherheitsschränke eine Feuerwiderstandsfähigkeit von über 90 Minuten auf, gelten diese als Lagerabschnitt und können auch für die Einlagerung größerer Mengen (bis zu 200 kg) genutzt werden.“

Asecos bietet für Metallpulver einen Schrank mit 90 Minuten Feuerwiderstandsfähigkeit und eine Sonderinnenausstattung mit Schwerlast-Gitterrosten aus verzinktem Stahlblech mit einer maximalen Traglast von je 180 kg. Neben der Standard-Kennzeichnung DIN EN 14470-1 signalisiert ein spezieller Metallpulver-Aufkleber dem Anwender schon von außen, dass entzündbare und gesundheitsgefährdende Metallpulver gelagert werden dürfen. Die Innenausstattung kann für jeden Schrank so individualisiert werden, dass sie perfekt zu Gebindegrößen und -gewichten passt. Die Lagerebenen sind auch nachträglich höhenverstellbar. Im Betrieb kann der Schrank dank eines integrierten Transportsockels selbst umplatziert und aufrecht durch normale Türen geschoben werden. In jeder Schranktür ist ein manipulationssicheres Türschloss verbaut, sodass im Bedarfsfall nur befugte Mitarbeiter Zugriff erhalten. Für Bedienkomfort lassen sich die Türen mit minimalem Kraftaufwand öffnen und mittels ölgedämpfter Türschließer schließen sie selbständig, wenn der Nutzer es vergisst. So ist sichergestellt, dass die Schranktüren im Falle eines Brandes immer sicher verschlossen sind. Um eine explosionsfähige Atmosphäre im Schrank sicher zu verhindern, arbeitet permanent ein Be- und Entlüftungssystem im Schrank. Dieses kann an eine technische Abluftanlage oder einen Umluftfilter angeschlossen werden – je nach Voraussetzungen vor Ort.

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